城市道路交通定点检测器优化布设研究

摘要

城市道路网定点检测器优化布设是城市交通基础信息采集平台的关键技术之一，如何对城市道路定点检测器进行优化布设，充分利用有限的检测器资源，对于降低交通基础信息采集设施的建设成本，完善交通信息采集平台和提高交通管理水平都具有重要意义。现阶段检测器通常根据交通工程师的经验进行布设，布设理论相对缺乏。随着我国城市化进程的不断加快，城市规模逐步扩大，交通状况越来越复杂，需要进一步提高信息采集和分析的能力，这就使得检测器布设技术的研究具有非常重要的理论意义和实际价值。
　　 论文在总结国内外交通检测器优化布设研究的基础上，指出了目前交通检测器布设方面存在的不足，确定了以多目标优化为手段，以检测器布设的费用和质量为约束，分别对没有布设检测器和已布设检测器的两种路网寻找最优解和次优解的研究重点。论文主要研究内容包括：
　　 (1)讨论了基于OD估计的检测器布设的各种原则，推导了最少路径分隔原则，建立了检测器优化布设原则的分级系统；建立了以OD矩阵估计为目的，基于两阶段-多目标优化算法的检测器布设模型；建立了以OD覆盖率、路径覆盖率等间接评价指标及期望相对误差(ERE)等直接评价指标为主的检测器优化布设评价体系；实现了没有布设检测器和已布设检测器的两种路网条件下求解检测器布设的最优解和次优解；解决了OD覆盖，OD最大分隔及Pareto非劣解等问题。在求解算法上，改造了多目标遗传算法(NSGA)，使之能够更好地适应路网检测器优化布设模型的特殊要求。
　　 (2)建立了以行程时间估计为目的，基于动态规划方法的城市快速路检测器优化布设离散模型，通过将时空资源离散化，将检测器布设问题转化为动态优化问题，实现了在没有布设检测器和已布设检测器的两种路网条件下进行检测器的优化布设；同时进行了快速路检测器优化布设模型的敏感性分析，讨论了车辆样本量、行程时间估计方法、检测器布设个数及独立性假设的正确性等因素对于行程时间估计精度的影响。
　　 (3)开发了基于上述两类模型的检测器优化布设软件CountLocation，该软件基于开源语言Python和开源数据库Mysql，实现了基于改进遗传算法的检测器优化布设算法及布设成果的展示功能，可以解决路网和快速路检测器优化布设问题，同时还具有操纵数据库、Shp文件等辅助功能。
　　 (4)利用经验和理论相结合的方法，以检测器布设软件CountLocation为平台，对上海市陆家嘴金融中心区路网和南北高架快速路进行了检测器优化布设的实例研究。在陆家嘴金融中心区路网上进行了OD覆盖、OD分隔和两阶段多目标的优化，并且在有无己存在检测器两种情况下分别进行了讨论；在南北高架快速路上讨论了有无已存在检测器两种情况下的检测器优化布设，并与等间隔检测器布设做了相应的对比。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究定位

1.2.1 问题提出

1.2.2 研究范围

1.3 研究目的及意义

1.3.1 研究目的

1.3.2 研究意义

1.4 研究内容与方法

1.4.1 研究内容

1.4.2 研究方法

1.4.3 技术路线

1.5 论文章节安排

1.6 小结

第2章 基本概念及文献研究

2.1 概述

2.2 定点检测技术

2.2.1 定点检测器优缺点对比

2.2.2 交通参数定点检测方法

2.3 基于OD估计的路网检测器优化布设综述

2.3.1 路网检测器布设方法分类

2.3.2 路网检测器优化布设模型

2.3.3 路网捡测器优化布设的常用算法

2.3.4 网络检测器布设质量评价

2.4 快速路检测器优化布设综述

2.4.1 基于交通事件捡测的布设方法

2.4.2 基于行程时间的检测器布设方法

2.5 其他交通检测技术优化布设

2.5.1 浮动车最小样本量确定

2.5.2 AVI Reader优化布设

2.6 以往研究评述

2.7 小结

第3章 基于OD估计的路网检测器布设

3.1 概述

3.2 最大可能相对误差

3.3 布设原则推导及兼容性分析

3.3.1 布设原则推导

3.3.2布设原则兼容性分析

3.4 两阶段-多目标建模

3.4.1 基础模型构建

3.4.2 一阶段多目标模型

3.4.3二阶段多目标模型

3.5 多目标GA优化算法

3.5.1 Pareto最优解定义

3.5.2 非支配排序遗传算法(NSGA)

3.5.3 约束条件的处理

3.6 OD估计的评价方法

3.7 模型测试

3.7.1 数据准备

3.7.2 路网检测器布设

3.8 小结

第4章 基于行程时间估计的快速路检测器布设

4.1 概述

4.2 行程时间估计方法

4.2.1 瞬时法

4.2.2 时间切片发

4.2.3 动态时间切片法

4.2.4 线性内插法

4.2.5 行程时间估计方法总结

4.3 动态优化布设模型构建

4.3.1 模型描述

4.3.2 假设条件

4.3.3 目标函数构建

4.3.4 瞬时法在模型中的运用

4.3.5 时间和空间的离散化

4.3.6 离散化后行程时间的求解

4.3.6 动态规划模型

4.4 动态规划求解算法

4.4.1 构建邻接矩阵

4.4.2 逆序标号法

4.5 实例分析

4.5.1 资料分析

4.5.2 实例分析

4.6 敏感性分析

4.6.1 行程时间估计方法敏感性分析

4.6.2 独立性分析

4.6.3 样本量分析

4.7 小结

第5章 软件实现及案例分析

5.1 概述

5.2 CountLocation软件介绍

5.2.1 软件框架

5.2.2 重要模块介绍

5.2.3 软件功能

5.3 陆家嘴金融中心区路网检测器布设

5.3.1 OD覆盖布设

5.3.2 OD分隔布设

5.3.3 多目标检测器优化布设

5.3.4 检测器布设方案的综合评价

5.4 南北高架快速路检测器布设

5.4.1 数据采集及处理

5.4.2 最优解布设

5.4.3 次优解布设

5.4.4 与固定间隔布设比较

5.5 小结

第六章 结论与展望

6.1 主要成果

6.2 论文创新点

6.3 研究展望

附件A

致谢

参考文献

在读期间发表的学术论文与研究成果